DE102006012348A1 - Verstelleinrichtung - Google Patents
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Abstract
Die
Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung mit einem hydraulisch
beaufschlagbaren Stellmittel (3) zum Verstellen einer Phasenlage
zwischen einem Antriebsmittel (2, 7, 8) und einem nicht drehfest
mit dem Antriebsmittel (2, 7, 8) verbundenen Abtriebsmittel (1,
6), wobei die Beaufschlagung des Stellmittels (3) mit Hydraulikmittel
von einem Steuerventil (5) gesteuert wird, welches mittels eines
Elektromagneten (4) betätigbar
ist, und mit einem Verriegelungselement (14), welches in einer Verriegelungsposition
zur Verriegelung des Antriebsmittels (2, 7, 8) mit dem Abtriebsmittel
(1, 6) und in einer Entriegelungsposition zur Entriegelung des Antriebsmittels
(2, 7, 8) mit dem Abtriebsmittel (1, 6) dient, wobei das Verriegelungselement (14)
zusätzlich
zur Steuerung des Hydraulikmittels dient.
Um eine Verstelleinrichtung mit vereinfachter Regelung bei reduziertem Bauraum zu schaffen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Verriegelungselement (14) in einer Zwischenposition einen Hydraulikmittelfluss ermöglicht.
Um eine Verstelleinrichtung mit vereinfachter Regelung bei reduziertem Bauraum zu schaffen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Verriegelungselement (14) in einer Zwischenposition einen Hydraulikmittelfluss ermöglicht.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Stellmittel zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel verbundenen Abtriebsmittel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine gattungsgemäße Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel verbundenen Abtriebsmittel in Form eines hydraulischen Nockenwellenverstellers einer Brennkraftmaschine ist aus der
DE 102 05 415 A1 bekannt. Der Nockenwellensteller besitzt ein Stellmittel und ein Steuerventil, welches durch einen Elektromagneten betätigbar ist und das Stellmittel steuert. Bei Ausfall von Ansteuerung und Sensorik oder bei Unterschreitung des zum Betrieb erforderlichen Hydraulikmitteldrucks muss der Nockenwellenversteller durch drehfeste Verbindung von Antriebsmittel und Abtriebsmittel verriegelt werden. Hierzu weist der Nockenwellensteller ein Verriegelungselement auf, welches hydraulisch betätigt wird. Das Verriegelungselement ist innerhalb des Abtriebsmittels in einer Axialbohrung angeordnet. Ein Federelement beaufschlägt dabei einen Kolben in Richtung des Antriebsmittels, welcher hierdurch in eine Aussparung des Antriebsmittels gepresst wird. Dadurch ist der Nockenwellensteller verriegelt. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird die Aussparung mit Hydraulikmittel beaufschlagt, wodurch der Kolben mit einer axial entgegen dem Federelement gerichteten Kraft beaufschlagt wird. Dadurch wird der Kolben in die Axialbohrung verdrängt und der Nockenwellensteller ist wieder entriegelt. Zusätzlich zu seiner Verriegelungsfunktion dient das Verriegelungselement noch der Hydraulikmittelsteuerung in das Stellmittel. Das Verriegelungselement kontrolliert die Hydraulikmittelzufuhr in einen Druckraum des Stellmittels, indem eine Verbindung zwischen dem Druckraum des Stellmittels und der Axialbohrung des Verriegelungselementes durch die Stellung des Kolbens des Verriegelungselementes überwacht wird. - Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verstelleinrichtung mit vereinfachter Regelung bei reduziertem Bauraum zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.
- Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei gleichzeitiger Steuerungs- und Verriegelungsfunktion des Verriegelungselementes eine Vereinfachung der Regelung der Verstelleinrichtung sowie eine Bauraumverkleinerung möglich ist, indem das Verriegelungselement in einer Zwischenposition einen Hydraulikmittelfluss ermöglicht. Vorteilhafterweise erfolgt in dieser Zwischenposition eine Entleerung des Stellmittels, so dass die Verriegelungsposition des Verriegelungselementes sicher erreicht werden kann.
- Vorteilhafterweise ist ein Teil des Verriegelungselementes als Ventilkörper des Steuerventiles ausgebildet, wodurch ein separates Bauteil entfällt.
- Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
- Dabei zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung mit einem Stellmittel zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem Abtriebsmittel, mit einem das Stellmittel mit Hydraulikmittel beaufschlagenden Steuerelement und mit einem Verriegelungselement zur Verriegelung des Antriebsmittels mit dem Abtriebsmittel in einer Verriegelungsposition, und -
2 ein Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung gemäß1 und eine schematische Darstellung des mit mindestens einer Nase versehenen Verriegelungselementes und des mit einer entsprechenden Nut versehenen Antriebsmittels in der Verriegelungsposition, in welcher die Nase des Verriegelungselementes in die Nut des Antriebsmittels eingreift, und -
3 die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung mit dem Verriegelungselement in einer Zwischenposition zwischen Entriegelung und Verriegelung der Verstelleinrichtung, und -
4 ein Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung gemäß3 mit einer schematischen Darstellung des Verriegelungselementes und des Antriebsmittels des Stellmittels in der Zwischenposition, in welcher sich die Nase des Verriegelungselementes seitlich neben der Nut des Antriebsmittels befindet, und -
5 die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung mit dem Verriegelungselement in einer Entriegelungsposition, und -
6 ein Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung gemäß5 mit einer schematischen Darstellung des Verriegelungselementes und des Antriebsmittels des Stellmittels in der Entriegelungsposition, in welcher sich die Nase des Verriegelungselementes und die Nut des Antriebsmittels in einem Abstand gegenüberliegen. - Gleiche Bauteile in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
- Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Stellmittel zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel verbundenen Abtriebsmittel, wobei die Beaufschlagung des Stellmittels mit Hydraulikmittel von einem Steuerelement gesteuert wird, welches mittels eines Elektromagneten betätigbar ist. Ferner besitzt die Verstelleinrichtung ein Verriegelungselement zur Verriegelung des Antriebsmittels mit dem Abtriebsmittel.
- Die
1 ,3 und5 zeigen in einem Teilschnitt eine bevorzugte Verstelleinrichtung in Form eines hydraulischen Phasenstellers, welcher vorzugsweise zum Verstellen einer Phasenlage einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle gegenüber einer Nockenwelle1 einer Brennkraftmaschine dient, wobei die Kurbelwelle bzw. ein kurbelwellenfestes Bauteil2 der Nockenwelle1 das Antriebsmittel und die Nockenwelle1 das Abtriebsmittel darstellt. Die Verstelleinrichtung besteht aus einem zwischen dem kurbelwellenfesten Bauteil2 der Nockenwelle1 und der Nockenwelle1 selbst angeordneten hydraulischen Stellmittel3 und einem mittels eines Elektromagneten4 betätigbaren Steuerventil5 , welches dem hydraulischen Stellmittel3 Hydraulikmittel aus dem hier nicht näher ausgeführten Hydraulikmittelkreislauf der Brennkraftmaschine zuführt. - Das als Flügelzellenmotor ausgebildete Stellmittel
3 weist zwei zur Verstellung gegeneinander verdrehbare Bauteile auf, und zwar einen nockenwellenfesten Innenkörper6 und das als Außenkörper ausgebildete kurbelwellenfeste Bauteil2 . Die Bauteile2 ,6 sind zwischen einem ersten Deckel7 und einem zweiten Deckel8 angeordnet. Der kurbelwellenfeste Außenkörper2 ist mit dem ersten Deckel7 und dem zweiten Deckel8 drehfest verbunden. Der Außenkörper2 weist an seinem Außenumfang entweder einstückig mit dem Außenkörper2 ausgebildete oder separate, fest mit dem Außenkörper2 verbundene Verzahnungen9 auf, über welche die Nockenwelle1 von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Alternativ hierzu können die Verzahnungen9 auch an einem der beiden Deckel7 ,8 angeordnet sein. Anstelle des hier angedeuteten und angesprochenen Kettentriebes können selbstverständlich auch andere Antriebsverbindungen treten, wie beispielsweise Zahnriemenantriebe oder auch Zahnradantriebe. - Der Außenkörper
2 des Stellmittels3 weist über seinen Umfang verteilt radial nach innen ragende, hier nicht sichtbare Gehäuseflügel auf, denen seitens des Innenkörpers6 als Stellmittel hier ebenfalls nicht sichtbare Gegenflügel zugeordnet sind, wobei die Flügel (Gehäuseflügel und Gegenflügel) miteinander Flügelzellen10 ausbilden, welche hydraulisch beaufschlagbar sind. - Um das Antriebsmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle
1 übertragen zu können, ist wie bereits erwähnt der Innenkörper6 der Verstelleinrichtung drehfest mit der Nockenwelle1 verbunden. Das Antriebsmoment wird durch den Außenkörper2 in die Verstelleinrichtung eingebracht und über die Flügelzellen10 auf den Innenkörper6 übertragen. - Das Steuerventil
5 steuert die Hydraulikmittelzufuhr zur jeweiligen Flügelzelle10 des Stellmittels3 der Verstelleinrichtung und damit die Phasenlage der Nockenwelle1 gegenüber der Phasenlage der Kurbelwelle bzw. deren Änderung. Das Steuerventil5 weist einen, in einem Ventilkörper5a verschieblich angeordneten Steuerkolben5b , der von einem Anker4a des Elektromagneten4 und einer Rückstellfeder5c beaufschlagbar ist, wobei der Elektromagnet4 vorzugsweise als Proportionalmagnet ausgebildet ist. Der Steuerkolben5b wird bei bestromtem Elektromagneten4 durch den Anker4a in axialer Richtung11 zur Nockenwelle1 hin bewegt und bei unbestromtem Elektromagneten4 durch die als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder5c in die entgegengesetzte Richtung, d.h. in axialer Richtung11 von der Nockenwelle1 weg bewegt. Dabei kann der Steuerkolben5b in axialer Richtung11 unterschiedliche Positionen einnehmen, wodurch die Flügelzellen10 des Stellmittels3 über Befüllungskanäle12 gezielt befüllt oder über Entleerungskanäle13 gezielt entleert werden können und somit die Phasenlage der Nockenwelle1 gegenüber der Kurbelwelle eingestellt werden kann. - Beim Start der Brennkraftmaschine ist eine definierte Grundstellung der Nockenwelle
1 einzuhalten. Hierzu ist bis zum Aufbau des Hydraulikmitteldrucks der Brennkraftmaschine nach dem Start ein Verriegeln der Verstelleinrichtung erforderlich. Daher weist die Verstelleinrichtung ein Verriegelungselement14 zur Verriegelung der Nockenwelle1 mit der Kurbelwelle auf, wobei das Verriegelungselement14 den Innenkörper6 des Stellmittels3 bei der Verriegelung mit dem Außenkörper2 des Stellmittels3 koppelt. - Im vorliegenden Fall ist das Verriegelungselement
14 vorzugsweise in Form einer Hülse14a mit Bund14b ausgebildet und um das Steuerventil5 herum angeordnet, wobei die koaxiale Anordnung von Steuerventil5 und Verriegelungselement14 Vorteile bezüglich des Bauraumes bietet. Das Verriegelungselement14 ist drehfest mit der Nockenwelle1 verbunden, aber axial verschieblich auf dem Steuerkolben5a des Steuerventils5 angeordnet, wobei die Drehmomentübertragung vom Verriegelungselement14 zur Nockenwelle1 beispielsweise durch eine Verzahnung oder ein Polygon erfolgt. Das Verriegelungselement14 ist von einem Entriegelungsanker15a eines Entriegelungsmagneten15 und einer Verriegelungsfeder16 beaufschlagbar. Das Verriegelungselement14 wird bei bestromtem Entriegelungsmagneten15 durch den Entriegelungsanker15a in axialer Richtung11 zur Nockenwelle1 hin bewegt und bei unbestromtem Entriegelungsmagneten15 durch die als Druckfeder ausgebildete Verriegelungsfeder16 in die entgegengesetzte Richtung, d.h. in axialer Richtung11 von der Nockenwelle1 weg bewegt. Im Verriegelungsfall greift das Verriegelungselement14 mit mindestens einer Nase14c in eine entsprechende Nut8a des zweiten Deckels8 des Außenkörpers2 ein. Vorzugsweise bilden die beiden Magneten4 und15 eine bauliche Einheit. - Das Verriegelungselement
14 steht in unmittelbarer Wirkverbindung mit dem Steuerventil5 . Hierzu ist entweder das Verriegelungselement14 mit dem Steuerventil5 bzw. mit einem für den Hydraulikmittelfluss verantwortlichen Element des Steuerventils5 verbunden oder das Verriegelungselement14 bzw. Teile des Verriegelungselementes14 bilden mindestens teilweise das Steuerventil5 bzw. ein für den Hydraulikmittelfluss verantwortliches Element des Steuerventils5 aus, beispielsweise den Ventilkörper5a . - Die
1 bis6 zeigen eine Verstelleinrichtung, bei der das Verriegelungselement14 teilweise den Ventilkörper5a ausbildet. Das Verriegelungselement14 kann drei Positionen einnehmen, eine Verriegelungsposition gemäß1 und2 , bei welcher der Entriegelungsanker15a in etwa an einem Anschlag17 anliegt, eine Entriegelungsposition gemäß5 und6 , bei welcher der Entriegelungsanker15a an einem Anschlag18 anliegt, und eine Zwischenposition gemäß3 und4 , bei welcher der Entriegelungsanker15a sich in etwa zwischen den beiden Anschlägen17 und18 befindet. - Um eine Verstelleinrichtung mit vereinfachter Regelung bei reduziertem Bauraum zu schaffen, ermöglicht das Verriegelungselement
14 in der Zwischenposition gemäß3 und4 einen Hydraulikmittelfluss. Wie unten genauer aufgeführt, ermöglicht das Verriegelungselement14 in der Zwischenposition eine Entleerung des Stellmittels3 , so dass eine sichere Verriegelung der Verstelleinrichtung möglich ist. - In stromlosem Zustand der Verstelleinrichtung, d.h. der Entriegelungsmagnet
15 ist nicht bestromt und die Verriegelungsfeder16 beaufschlagt das Verriegelungselement14 , befindet sich das Verriegelungselement14 in der Verriegelungsposition gemäß1 und2 , in welcher der Entriegelungsanker15a in etwa an einem Anschlag17 anliegt und die mindestens eine Nase14c des Verriegelungselementes14 in die entsprechende Nut8a des zweiten Deckels8 des Außenkörpers2 eingreift. Der als Ventilkörper5a ausgeführte Teil14a des Verriegelungselementes14 verschließt die Entleerungskanäle13 der einzelnen Flügelzellen10 , d.h. das Verriegelungselement14 wird gleichzeitig zur Steuerung des Hydraulikmittelflusses genutzt. -
2 zeigt schematisch das mit der Nase14c versehene Verriegelungselement14 und der mit der entsprechenden Nut8a versehenene Deckel8 in der Verriegelungsposition, in welcher die Nase14c des Verriegelungselementes14 in die Nut8a des Deckels8 eingreift, und das entsprechende Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung in der Verriegelungsposition17 . - Zum Entriegeln bzw. zum Normalbetrieb wird, wie in
3 und4 dargestellt, durch Bestromung des Entriegelungsmagneten15 der Entriegelungsanker15a entgegen der Kraft der Verriegelungsfeder16 vom Anschlag17 in Richtung zum Anschlag18 hin fortbewegt, d.h. der Entriegelungsanker15a des Entriegelungsmagneten15 befindet sich in der Zwischenposition zwischen Anschlag17 und18 , und hierdurch die Nase14c des Verriegelungselementes14 aus der Nut8a des Deckels8 gedrückt. Der als Ventilkörper5a ausgeführte Teil14b des Verriegelungselementes14 öffnet die Entleerungskanäle13 der einzelnen Flügelzellen10 des Stellmittels3 der Verstelleinrichtung, wobei ein Abfluss des Hydraulikmittels in einen Tank T der Verstelleinrichtung erfolgen kann. -
4 zeigt schematisch das mit der Nase14c versehene Verriegelungselement14 und der mit der entsprechenden Nut8a versehenene Deckel8 in der Zwischenposition, in welcher sich die Nase14c des Verriegelungselementes14 seitlich neben der Nut8a des Deckels8 befindet, und das entsprechende Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung in der Zwischenposition. - Durch Bestromung des Entriegelungsmagneten
15 wird der Entriegelungsanker15a entgegen der Kraft der Verriegelungsfeder16 nun vollends vom Anschlag17 zum Anschlag18 hin bewegt, d.h. der Entriegelungsanker15a des Entriegelungsmagneten15 befindet sich in der Entriegelungsposition. Hierdurch ist die Nase14c des Verriegelungselementes14 vollständig aus der Nut8a des Deckels8 gedrückt. Der als Ventilkörper5a ausgeführte Teil14b des Verriegelungselementes14 verschließt die Entleerungskanäle13 der einzelnen Flügelzellen10 des Stellmittels3 der Verstelleinrichtung. -
6 zeigt schematisch das mit der Nase14c versehene Verriegelungselement14 und der mit der entsprechenden Nut8a versehenene Deckel8 in der Entriegelungsposition, in welcher sich die Nase14c des Verriegelungselementes14 und die Nut8a des Deckels8 in einem Abstand gegenüberliegen, und das entsprechende Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung in der Entriegelungsposition.
Claims (8)
- Verstelleinrichtung mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Stellmittel (
3 ) zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel (2 ,7 ,8 ) und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel (2 ,7 ,8 ) verbundenen Abtriebsmittel (1 ,6 ), wobei die Beaufschlagung des Stellmittels (3 ) mit Hydraulikmittel von einem Steuerventil (5 ) gesteuert wird, welches mittels eines Elektromagneten (4 ) betätigbar ist, und mit einem Verriegelungselement (14 ), welches in einer Verriegelungsposition zur Verriegelung des Antriebsmittels (2 ,7 ,8 ) mit dem Abtriebsmittel (1 ,6 ) und in einer Entriegelungsposition zur Entriegelung des Antriebsmittels (2 ,7 ,8 ) mit dem Abtriebsmittel (1 ,6 ) dient, wobei das Verriegelungselement (14 ) zusätzlich zur Steuerung des Hydraulikmittels dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (14 ) in einer Zwischenposition einen Hydraulikmittelfluss ermöglicht. - Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (
14 ) in der Zwischenposition eine Entleerung des Stellmittels (3 ) ermöglicht. - Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (
14 ) mit dem Steuerventil (5 ) verbunden ist. - Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (
14 ) mindestens teilweise das Steuerventil (5 ) ausbildet. - Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (
14b ) des Verriegelungselementes (14 ) als Ventilkörper (5a ) des Steuerventils (5 ) ausgebildet ist. - Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (
14 ) drehfest mit dem Abtriebsmittel (1 ,6 ) verbunden ist und zur Verriegelung in das Antriebsmittel (2 ,7 ,8 ) eingreift. - Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (
14 ) und das Steuerventil (5 ) koaxial angeordnet sind. - Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Verstelleinrichtung um einen hydraulischen Phasensteller handelt.
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